CN105157567A - 一种测量机器人的工具坐标系标定方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种测量机器人的工具坐标系标定方法及系统，采用点约束方法标定出测量机器人的点激光传感器的工具坐标系，包括如下步骤：设置点激光传感器的工具坐标系的多个姿态标定点，以及设置点激光传感器的工具坐标系的多个位置标定点。本发明通过设置点激光传感器的工具坐标系的姿态标定点和位置标定点，为有效控制标定精度提供了依据，提高了标定的精度，并且适用于点激光这种非接触式工具坐标系的标定。

Description

一种测量机器人的工具坐标系标定方法及系统

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别涉及一种测量机器人的工具坐标系标定方法及系统。

背景技术

测量机器人工具坐标系标定是指对机器人末端的点激光传感器坐标系与机器人末端法兰盘坐标系之间的转换矩阵进行标定，这是实现整体叶盘在线测量的前提。目前工具坐标系标定一般采用一个机械约束点来实现，需要人工示教机器人，使待标定的工具点以不同的姿态接近约束点。

但是，这种方法存在以下问题：一方面标定精度受人工示教精度的影响，标定精度不高；另一方面采用机械约束点的方法不适用于点激光这种非接触式工具坐标系的标定。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。

为此，本发明的目的在于提出一种测量机器人的工具坐标系标定方法及系统，可以适用于点激光这种非接触式工具坐标系的标定，并且提高了标定的精度。

为了实现上述目的，本发明一方面的实施例提供一种测量机器人的工具坐标系标定方法，采用点约束方法标定出测量机器人的点激光传感器的工具坐标系，包括如下步骤：

步骤S1：设置点激光传感器的工具坐标系的多个姿态标定点，包括如下步骤：

步骤S11，将所述平面靶标放置于所述机器人的工作空间内，其中，所述机器人法兰盘坐标系的第一位姿为(Rx₀,Ry₀,Rz₀,X₀,Y₀,Z₀)，激光点在图像坐标系下的坐标为(U₀,V₀)；

步骤S12，控制所述机器人沿着基坐标系的Z轴移动第一距离ΔZ，其中，所述机器人法兰盘坐标系的第二位姿为(Rx₀,Ry₀,Rz₀,X₀,Y₀,Z₀+ΔZ)，激光点在图像坐标系下的坐标将变为(U₁,V₁)；

步骤S13，控制所述机器人沿着基坐标系的X、Y轴移动，直至所述点激光传感器投射到所述平面靶标上的激光点在图像坐标系恢复至步骤S11中的(U₀,V₀)，其中，所述机器人法兰盘坐标系的第三位姿为(Rx₀,Ry₀,Rz₀,X₁,Y₁,Z₀+ΔZ)；

步骤S14，重复步骤S12和S13，获得n个机器人的位姿点T_ri，将其设置为多个姿态标定点，1≤i≤n；

步骤S2：设置点激光传感器的工具坐标系的多个位置标定点，包括如下步骤：

步骤S21，将所述平面靶标放置于所述机器人的工作空间内，其中，所述机器人法兰盘坐标系的第一位姿为(Rx₀,Ry₀,Rz₀,X₀,Y₀,Z₀)，激光点在图像坐标系下的坐标为(U₀,V₀)；

步骤22，控制所述机器人绕着基坐标系的X轴转动第二距离ΔRx，其中，机器人法兰盘坐标系的第四位姿为(Rx₀+ΔRx,Ry₀,Rz₀,X₀,Y₀,Z₀)，激光点在图像坐标系下的坐标将变为(U_x1,V_x1)；

步骤S23，控制所述机器人沿着基坐标系的X、Y和Z轴移动，直至所述点激光传感器投射到所述平面靶标上的激光点在图像坐标系恢复至步骤S21中的(U₀,V₀)，其中，机器人法兰盘坐标系的第五位姿为(Rx₀+ΔRx,Ry₀,Rz₀,X_x1,Y_x1,Z_x1)；

步骤S24，控制所述机器人绕着基坐标系的Y轴转动第三距离ΔRy，其中，机器人法兰盘坐标系的第六位姿为(Rx₀,Ry₀+ΔRy,Rz₀,X₀,Y₀,Z₀)，激光点在图像坐标系下的坐标将变为(U_y1,V_y1)；

步骤S25，控制所述机器人沿着基坐标系的X、Y和Z轴移动，直至所述点激光传感器投射到所述平面靶标上的激光点恢复至步骤S21中的(U₀,V₀)，其中，机器人法兰盘坐标系的第七位姿为(Rx₀,Ry₀+ΔRy,Rz₀,X_y1,Y_y1,Z_y1)；

步骤S26，重复步骤S22至步骤S25，获得2n+1个所述机器人的T_ti，将其设置为多个位置标定点，1≤i≤n。

在本发明的一个实施例中，在所述步骤S11和S21中，所述平面靶标与所述机器人的基坐标系的XOY坐标面大体平行。

在本发明的一个实施例中，所述步骤S14中得到多个姿态标定点和所述步骤S26中得到的多个位置标定点满足如下条件：当机器人运动到所述姿态标定点和位置标定点时，夹持的点激光传感器发射的激光束在平面靶标上形成的激光点为同一个点。

在本发明的一个实施例中，所述多个姿态标定点为：

$T_{\mathrm{ri}}=\left[\begin{array}{c}{T}_{r0}\\ T_{r1}\\ ...\\ T_{r(n-2)}\\ T_{r(n-1)}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccccc}{\mathrm{Rx}}_0& {\mathrm{Ry}}_0& {\mathrm{Rz}}_0& X_0& Y_0& Z_0\\ {\mathrm{Rx}}_0& {\mathrm{Ry}}_0& {\mathrm{Rz}}_0& X_1& Y_1& Z_0+\mathrm{\ΔZ}\\ ...& ...& ...& ...& ...& ...\\ {\mathrm{Rx}}_0& {\mathrm{Ry}}_0& {\mathrm{Rz}}_0& X_{n-2}& Y_{n-2}& Z_0+(n-2)\mathrm{\ΔZ}\\ {\mathrm{Rx}}_0& {\mathrm{Ry}}_0& {\mathrm{Rz}}_0& X_{n-1}& Y_{n-1}& Z_0+(n-1)\mathrm{\ΔZ}\end{array}\right],$

其中，(Rx₀,Ry₀,Rz₀,X₀,Y₀,Z₀)为机器人法兰盘坐标系的当前位姿，ΔZ为机器人沿着基坐标系的Z轴移动的第一距离，n为机器人数量。

在本发明的一个实施例中，所述多个位置标定点为：

$T_{\mathrm{ti}}=\left[\begin{array}{c}{T}_{t0}\\ T_{t1}\\ ...\\ T_{t(n-1)}\\ T_{\mathrm{tn}}\\ T_{t(n+1)}\\ T_{t(n+2)}\\ ...\\ T_{t(2n-1)}\\ T_{t2n}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccccc}{\mathrm{Rx}}_0& {\mathrm{Ry}}_0& {\mathrm{Rz}}_0& X_0& Y_0& Z_0\\ {\mathrm{Rx}}_0+\mathrm{\ΔRx}& {\mathrm{Ry}}_0& {\mathrm{Rz}}_0& X_{x1}& Y_{x1}& Z_{x1}\\ ...& ...& ...& ...& ...& ...\\ {\mathrm{Rx}}_0+(n-1)\mathrm{\ΔRx}& {\mathrm{Ry}}_0& {\mathrm{Rz}}_0& X_{x(n-1)}& Y_{x(n-1)}& Z_{x(n-1)}\\ {\mathrm{Rx}}_0+\mathrm{n\ΔRx}& {\mathrm{Ry}}_0& {\mathrm{Rz}}_0& X_{\mathrm{xn}}& Y_{\mathrm{xn}}& Z_{\mathrm{xn}}\\ {\mathrm{Rx}}_0& {\mathrm{Ry}}_0+\mathrm{\ΔRy}& {\mathrm{Rz}}_0& X_{y1}& Y_{y1}& Z_{y1}\\ {\mathrm{Rx}}_0& {\mathrm{Ry}}_0+2\mathrm{\ΔRy}& {\mathrm{Rz}}_0& X_{y2}& Y_{y2}& Z_{y2}\\ ...& ...& ...& ...& ...& ...\\ {\mathrm{Rx}}_0& {\mathrm{Ry}}_0+(n-1)\mathrm{\ΔRy}& {\mathrm{Rz}}_0& X_{y(n-1)}& Y_{y(n-1)}& Z_{x(n-1)}\\ {\mathrm{Rx}}_0& {\mathrm{Ry}}_0+\mathrm{nRy}& {\mathrm{Rz}}_0& X_{\mathrm{yn}}& Y_{\mathrm{yn}}& Z_{\mathrm{xn}}\end{array}\right],$

其中，ΔRx、ΔRy分别机器人绕着基坐标系的X轴、Y轴的第二距离和第三距离，(Rx₀+ΔRx,Ry₀,Rz₀,X₀,Y₀,Z₀)、(Rx₀,Ry₀+ΔRy,Rz₀,X₀,Y₀,Z₀)分别为机器人绕着基坐标系的X轴、Y轴转动时的机器人法兰盘坐标系的当前位姿，n为机器人数量。

根据本发明实施例的测量机器人的工具坐标系标定方法，在通用工具坐标系标定算法的基础上，推导了点激光传感器坐标系位置和姿态标定算法并采用视觉系统控制的约束点自动实现了机器人点激光传感器坐标系工具坐标系的标定，分析了工具坐标系各分量标定误差对测量结果的影响，通过设置点激光传感器的工具坐标系的姿态标定点和位置标定点，为有效控制标定精度提供了依据，提高了标定的精度，并且适用于点激光这种非接触式工具坐标系的标定。

本发明另一方面的实施例提供一种测量机器人的工具坐标系标定系统，包括：控制器、机器人、点激光传感器、平面靶标和单目视觉系统，其中，所述点激光传感器由所述机器人所夹持，所述控制器控制所述机器人夹持所述点激光传感器运动，所述点激光传感器发射激光束投射到所述平面靶标上形成光斑，所述光斑在所述单目视觉系统的CCD图像传感器上成像，

所述平面靶标放置于所述机器人的工作空间内，所述机器人法兰盘坐标系的第一位姿为(Rx₀,Ry₀,Rz₀,X₀,Y₀,Z₀)，激光点在图像坐标系下的坐标为(U₀,V₀)；

所述控制器用于设置点激光传感器的工具坐标系的多个姿态标定点，包括如下步骤：

(1)所述控制器控制所述机器人沿着基坐标系的Z轴移动第一距离ΔZ，其中，所述机器人法兰盘坐标系的第二位姿为(Rx₀,Ry₀,Rz₀,X₀,Y₀,Z₀+ΔZ)，激光点在图像坐标系下的坐标将变为(U₁,V₁)；

(2)所述控制器控制所述机器人沿着基坐标系的X、Y轴移动，直至所述点激光传感器投射到所述平面靶标上的激光点在图像坐标系恢复至(U₀,V₀)，其中，所述机器人法兰盘坐标系的第三位姿为(Rx₀,Ry₀,Rz₀,X₁,Y₁,Z₀+ΔZ)；

(3)重复步骤(1)和(2)，所述控制器获得n个机器人的位姿点T_ri，将其设置为多个姿态标定点，1≤i≤n；

所述控制器用于置点激光传感器的工具坐标系的多个位置标定点，包括如下步骤：

(1)所述控制器控制所述机器人绕着基坐标系的X轴转动第二距离ΔRx，其中，机器人法兰盘坐标系的第四位姿为(Rx₀+ΔRx,Ry₀,Rz₀,X₀,Y₀,Z₀)，激光点在图像坐标系下的坐标将变为(U_x1,V_x1)；

(2)所述控制器控制所述机器人沿着基坐标系的X、Y和Z轴移动，直至所述点激光传感器投射到所述平面靶标上的激光点在图像坐标系恢复至(U₀,V₀)，其中，机器人法兰盘坐标系的第五位姿为(Rx₀+ΔRx,Ry₀,Rz₀,X_x1,Y_x1,Z_x1)；

(3)所述控制器控制所述机器人绕着基坐标系的Y轴转动第三距离ΔRy，其中，机器人法兰盘坐标系的第六位姿为(Rx₀,Ry₀+ΔRy,Rz₀,X₀,Y₀,Z₀)，激光点在图像坐标系下的坐标将变为(U_y1,V_y1)；

(4)所述控制器控制所述机器人沿着基坐标系的X、Y和Z轴移动，直至所述点激光传感器投射到所述平面靶标上的激光点恢复至(U₀,V₀)，其中，机器人法兰盘坐标系的第七位姿为(Rx₀,Ry₀+ΔRy,Rz₀,X_y1,Y_y1,Z_y1)；

(5)重复步骤(1)至步骤(4)，获得2n+1个所述机器人的T_ti，将其设置为多个位置标定点，1≤i≤n。

在本发明的一个实施例中，所述平面靶标与所述机器人的基坐标系的XOY坐标面大体平行。

在本发明的一个实施例中，所述姿态标定点和所述位置标定点满足如下条件：当所述机器人运动到所述姿态标定点和位置标定点时，夹持的点激光传感器发射的激光束在平面靶标上形成的激光点为同一个点。

在本发明的一个实施例中，所述多个姿态标定点为：

$T_{\mathrm{ri}}=\left[\begin{array}{c}{T}_{r0}\\ T_{r1}\\ ...\\ T_{r(n-2)}\\ T_{r(n-1)}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccccc}{\mathrm{Rx}}_0& {\mathrm{Ry}}_0& {\mathrm{Rz}}_0& X_0& Y_0& Z_0\\ {\mathrm{Rx}}_0& {\mathrm{Ry}}_0& {\mathrm{Rz}}_0& X_1& Y_1& Z_0+\mathrm{\ΔZ}\\ ...& ...& ...& ...& ...& ...\\ {\mathrm{Rx}}_0& {\mathrm{Ry}}_0& {\mathrm{Rz}}_0& X_{n-2}& Y_{n-2}& Z_0+(n-2)\mathrm{\ΔZ}\\ {\mathrm{Rx}}_0& {\mathrm{Ry}}_0& {\mathrm{Rz}}_0& X_{n-1}& Y_{n-1}& Z_0+(n-1)\mathrm{\ΔZ}\end{array}\right],$

其中，(Rx₀,Ry₀,Rz₀,X₀,Y₀,Z₀)为机器人法兰盘坐标系的当前位姿，ΔZ为机器人沿着基坐标系的Z轴移动的第一距离，n为机器人数量。

在本发明的一个实施例中，所述多个位置标定点为：

$T_{\mathrm{ti}}=\left[\begin{array}{c}{T}_{t0}\\ T_{t1}\\ ...\\ T_{t(n-1)}\\ T_{\mathrm{tn}}\\ T_{t(n+1)}\\ T_{t(n+2)}\\ ...\\ T_{t(2n-1)}\\ T_{t2n}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccccc}{\mathrm{Rx}}_0& {\mathrm{Ry}}_0& {\mathrm{Rz}}_0& X_0& Y_0& Z_0\\ {\mathrm{Rx}}_0+\mathrm{\ΔRx}& {\mathrm{Ry}}_0& {\mathrm{Rz}}_0& X_{x1}& Y_{x1}& Z_{x1}\\ ...& ...& ...& ...& ...& ...\\ {\mathrm{Rx}}_0+(n-1)\mathrm{\ΔRx}& {\mathrm{Ry}}_0& {\mathrm{Rz}}_0& X_{x(n-1)}& Y_{x(n-1)}& Z_{x(n-1)}\\ {\mathrm{Rx}}_0+\mathrm{n\ΔRx}& {\mathrm{Ry}}_0& {\mathrm{Rz}}_0& X_{\mathrm{xn}}& Y_{\mathrm{xn}}& Z_{\mathrm{xn}}\\ {\mathrm{Rx}}_0& {\mathrm{Ry}}_0+\mathrm{\ΔRy}& {\mathrm{Rz}}_0& X_{y1}& Y_{y1}& Z_{y1}\\ {\mathrm{Rx}}_0& {\mathrm{Ry}}_0+2\mathrm{\ΔRy}& {\mathrm{Rz}}_0& X_{y2}& Y_{y2}& Z_{y2}\\ ...& ...& ...& ...& ...& ...\\ {\mathrm{Rx}}_0& {\mathrm{Ry}}_0+(n-1)\mathrm{\ΔRy}& {\mathrm{Rz}}_0& X_{y(n-1)}& Y_{y(n-1)}& Z_{x(n-1)}\\ {\mathrm{Rx}}_0& {\mathrm{Ry}}_0+\mathrm{nRy}& {\mathrm{Rz}}_0& X_{\mathrm{yn}}& Y_{\mathrm{yn}}& Z_{\mathrm{xn}}\end{array}\right],$

其中，ΔRx、ΔRy分别机器人绕着基坐标系的X轴、Y轴的第二距离和第三距离，(Rx₀+ΔRx,Ry₀,Rz₀,X₀,Y₀,Z₀)、(Rx₀,Ry₀+ΔRy,Rz₀,X₀,Y₀,Z₀)分别为机器人绕着基坐标系的X轴、Y轴转动时的机器人法兰盘坐标系的当前位姿，n为机器人数量。

根据本发明实施例的测量机器人的工具坐标系标定系统，在通用工具坐标系标定算法的基础上，推导了点激光传感器坐标系位置和姿态标定算法并采用视觉系统控制的约束点自动实现了机器人点激光传感器坐标系工具坐标系的标定，分析了工具坐标系各分量标定误差对测量结果的影响，通过设置点激光传感器的工具坐标系的姿态标定点和位置标定点，为有效控制标定精度提供了依据，提高了标定的精度，并且适用于点激光这种非接触式工具坐标系的标定。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的基于点约束的工具坐标系标定算法的点激光传感器的标定原理图；

图2为根据本发明实施例的基于点约束的工具坐标系姿态标定的点激光传感器姿态标定原理图；

图3为根据本发明实施例的基于点约束的工具坐标系位置标定的点激光传感器位置标定原理图；

图4为根据本发明实施例的测量机器人的工具坐标系标定方法的流程图；

图5为根据本发明实施例的设置点激光传感器的工具坐标系的多个姿态标定点的流程图；

图6为根据本发明实施例的设置点激光传感器的工具坐标系的多个位置标定点的流程图；

图7为根据本发明实施例的测量机器人的工具坐标系标定系统的结构图；

图8为根据本发明实施例的测量机器人的工具坐标系标定系统的工作原理图；

图9为根据本发明实施例的单目视觉系统的成像原理图；

图10(a)和图10(b)分别为根据本发明实施例的姿态标定点的设置示意图；

图11(a)和图11(b)分别为根据本发明实施例的位置标定点的设置示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明根据机器人点激光传感器测量系统的特点，提出一种测量机器人的工具坐标系标定方法及系统，可以实现非接触式工具坐标系的标定算法和实现方法。本发明同时对标定误差如何影响测量结果进行分析，为控制标定精度及实现整体叶盘高精度测量打下基础。

为了说明本发明实施例的测量机器人的工具坐标系标定方法和系统，下面参考图1至图3对应用的基于点约束的工具坐标系标定算法进行说明。

图1为根据本发明实施例的基于点约束的工具坐标系标定算法的点激光传感器的标定原理图。如图1所示，在点激光传感器上有一虚拟点p，也是测量距离的参考原点，点激光传感器通过点激光发射器与CCD图像传感器的结合，可以获得被测点与传感器参考原点之间的距离。设参考原点在机器人法兰盘坐标系下的坐标为(x₀,y₀,z₀)，激光束方向在法兰盘坐标系下的方向向量为(n_x,n_y,n_z)，被测量点与传感器参考原点之间的距离为L，则被测量点在机器人法兰盘坐标系下的坐标为：

x＝x₀+nL(1)

其中：x＝(x,y,z)^T,x₀＝(x₀,y₀,z₀)^T及n＝(n_x,n_y,n_z)^T。

将式(1)代入式(4.7)可得：

t_gi＝R_0i(x₀+nL_i)+t_0i(2)

采用一个固定的点作为标定靶标时，令f(t_gi)＝0，即得：

t_gi＝t_g(i+1)＝t_g(3)

将式(2)代入式(3)可得：

R_0i(x₀+nL_i)+t_0i＝R_0(i+1)(x₀+nL_(i+1))+t_0(i+1)(4)

图2为根据本发明实施例的基于点约束的工具坐标系姿态标定的点激光传感器姿态标定原理图。参考图2对基于点约束的工具坐标系姿态标定进行说明。

首先，保持机器人法兰盘坐标系的姿态不变，调整法兰盘坐标系在机器人基坐标系下的位置，使传感器的激光束始终打在靶标上的同一个点，则式(4)可变换为：

R₀nL_i+t_0i＝R₀nL_(i+1)+t_0(i+1)(5)

变形得到：

$R_{0}n=\frac{(t_{0(i+1)}-t_{0i})}{(L_i-L_{(i+1)})}---\left(6\right)$

其中：R₀、t_0(i+1)和t_0i可从机器人控制器中直接读到，L_i和L_(i+1)可由测头直接测量获得。

当有两个标定点时，可直接用式(6)计算出点激光传感器激光束在法兰盘坐标系下的方向向量n；当有M个测量点时(M≥3)，可用最小二乘法求解下式(7)的线性方程组获得相应的最佳方向向量n。

An＝B(7)

其中：

A＝[R₀......R₀]^T

$B={\left[\begin{array}{ccc}\frac{(t_{02}-t_{01})}{(L_1-L_2)}& ......& \frac{(t_{0M}-t_{0M-1})}{(L_{M-1}-L_M)}\end{array}\right]}^T---\left(8\right)$

图3为根据本发明实施例的基于点约束的工具坐标系位置标定的点激光传感器位置标定原理图。参考图3对基于点约束的工具坐标系位置标定进行说明。

具体地，变换机器人法兰盘坐标系的姿态，同时调整法兰盘坐标系在机器人基坐标系下的位置，使传感器的激光束始终打在测量靶标上的同一个点，则式(4)可变换为：

(R_0i-R_0(i+1))x₀＝R_0(i+1)nL_(i+1)-R_0inL_i+t_0(i+1)-t_0i(9)

由于测头坐标系姿态n已标定出，当有两个标定点时，可直接用上式计算出测头原点在法兰盘坐标系下的坐标x0；当有N个测量点时(N≥3)，可用最小二乘法求解下式(10)的线性方程组获得相应的坐标x0。

Ax₀＝B(10)

其中：

$A=\left[\begin{array}{c}(R_{01}-R_{02})\\ (R_{02}-R_{03})\\ ......\\ (R_{0N-2}-R_{0N-1})\\ (R_{0N-1}-R_{0N})\end{array}\right]$

$B=\left[\begin{array}{c}{R}_{02}{\mathrm{nL}}_2-R_{01}{\mathrm{nL}}_1+t_{02}-t_{01}\\ R_{03}{\mathrm{nL}}_3-R_{02}{\mathrm{nL}}_2+t_{03}-t_{02}\\ ......\\ R_{0N-1}{\mathrm{nL}}_{N-1}-R_{0N-2}{\mathrm{nL}}_{N-2}+t_{0N-1}-t_{0N-2}\\ R_{0N}{\mathrm{nL}}_N-R_{0N-1}{\mathrm{nL}}_{N-1}+t_{0N}-t_{0N-1}\end{array}\right]---\left(11\right)$

根据上述推导的标定算法可知，为了采用点约束标定出测量机器人中的点激光传感器工具坐标系，在标定过程中，需要使得多个标定点并保证各个标定点对应的传感器的光束始终打到标定靶标的同一个点上。

如图4所示，本发明实施例的测量机器人的工具坐标系标定方法，采用点约束方法标定出测量机器人的点激光传感器的工具坐标系，包括如下步骤：

步骤S1，设置点激光传感器的工具坐标系的多个姿态标定点。

步骤S2：设置点激光传感器的工具坐标系的多个位置标定点

图5为根据本发明实施例的设置点激光传感器的工具坐标系的多个姿态标定点的流程图。参考图5对步骤S1的详细流程进行说明。

步骤S1，设置点激光传感器的工具坐标系的多个姿态标定点，包括如下步骤：

步骤S11，将平面靶标放置于机器人的工作空间内。在本步骤中，平面靶标与机器人的基坐标系的XOY坐标面大体平行。控制机器人到达某一位姿时，使得点激光传感器激光束近似打到平面靶标的中心上且基本垂直于平面靶标。此时，机器人法兰盘坐标系的第一位姿为(Rx₀,Ry₀,Rz₀,X₀,Y₀,Z₀)，激光点在图像坐标系下的坐标为(U₀,V₀)。

步骤S12，控制机器人沿着基坐标系的Z轴移动第一距离ΔZ。此时，机器人法兰盘坐标系当前的第二位姿为(Rx₀,Ry₀,Rz₀,X₀,Y₀,Z₀+ΔZ)，激光点在图像坐标系下的坐标由(U₀,V₀)变为(U₁,V₁)。

步骤S13，控制机器人沿着基坐标系的X、Y轴移动，直至点激光传感器投射到平面靶标上的激光点在图像坐标系恢复至步骤S11中的(U₀,V₀)。此时，机器人法兰盘坐标系当前的第三位姿为(Rx₀,Ry₀,Rz₀,X₁,Y₁,Z₀+ΔZ)。

步骤S14，重复步骤S12和S13，获得n个机器人的位姿点T_ri，将其设置为多个姿态标定点，1≤i≤n。

具体地，本步骤多个姿态标定点满足如下条件：当机器人运动到姿态标定点和位置标定点时，夹持的点激光传感器发射的激光束在平面靶标上形成的激光点为同一个点。

多个姿态标定点为：

$T_{\mathrm{ri}}=\left[\begin{array}{c}{T}_{r0}\\ T_{r1}\\ ...\\ T_{r(n-2)}\\ T_{r(n-1)}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccccc}{\mathrm{Rx}}_0& {\mathrm{Ry}}_0& {\mathrm{Rz}}_0& X_0& Y_0& Z_0\\ {\mathrm{Rx}}_0& {\mathrm{Ry}}_0& {\mathrm{Rz}}_0& X_1& Y_1& Z_0+\mathrm{\ΔZ}\\ ...& ...& ...& ...& ...& ...\\ {\mathrm{Rx}}_0& {\mathrm{Ry}}_0& {\mathrm{Rz}}_0& X_{n-2}& Y_{n-2}& Z_0+(n-2)\mathrm{\ΔZ}\\ {\mathrm{Rx}}_0& {\mathrm{Ry}}_0& {\mathrm{Rz}}_0& X_{n-1}& Y_{n-1}& Z_0+(n-1)\mathrm{\ΔZ}\end{array}\right],---\left(12\right)$

其中，(Rx₀,Ry₀,Rz₀,X₀,Y₀,Z₀)为机器人法兰盘坐标系的当前位姿，ΔZ为机器人沿着基坐标系的Z轴移动的第一距离，n为机器人数量。图10(a)和图10(b)示出了基于视觉的点激光传感器姿态标定点设计结果。

图6为根据本发明实施例的设置点激光传感器的工具坐标系的多个位置标定点的流程图。参考图6对步骤S2的详细流程进行说明。

步骤S2：设置点激光传感器的工具坐标系的多个位置标定点，包括如下步骤：

步骤S21，将平面靶标放置于机器人的工作空间内。在本步骤中，平面靶标与机器人的基坐标系的XOY坐标面大体平行。控制机器人到达某一位姿，使得激光线打到平面靶标的中心上且基本垂直于平面靶标。此时，机器人法兰盘坐标系的第一位姿为(Rx₀,Ry₀,Rz₀,X₀,Y₀,Z₀)，激光点在图像坐标系下的坐标为(U₀,V₀)。

步骤22，控制机器人绕着基坐标系的X轴转动第二距离ΔRx。此时，机器人法兰盘坐标系当前的第四位姿为(Rx₀+ΔRx,Ry₀,Rz₀,X₀,Y₀,Z₀)，激光点在图像坐标系下的坐标将变为(U_x1,V_x1)。

步骤S23，控制机器人沿着基坐标系的X、Y和Z轴移动，直至点激光传感器投射到平面靶标上的激光点在图像坐标系恢复至步骤S21中的(U₀,V₀)。此时，机器人法兰盘坐标系当前的第五位姿为(Rx₀+ΔRx,Ry₀,Rz₀,X_x1,Y_x1,Z_x1)。

步骤S24，控制机器人绕着基坐标系的Y轴转动第三距离ΔRy。此时，机器人法兰盘坐标系当前的第六位姿为(Rx₀,Ry₀+ΔRy,Rz₀,X₀,Y₀,Z₀)，激光点在图像坐标系下的坐标将变为(U_y1,V_y1)。

步骤S25，控制机器人沿着基坐标系的X、Y和Z轴移动，直至点激光传感器投射到平面靶标上的激光点恢复至步骤S21中的(U₀,V₀)。此时，机器人法兰盘坐标系的第七位姿为(Rx₀,Ry₀+ΔRy,Rz₀,X_y1,Y_y1,Z_y1)。

步骤S26，重复步骤S22至步骤S25，获得2n+1个机器人的T_ti，将其设置为多个位置标定点，1≤i≤n。

具体地，多个位置标定点满足如下条件：当机器人运动到姿态标定点和位置标定点时，夹持的点激光传感器发射的激光束在平面靶标上形成的激光点为同一个点。

多个位置标定点为：

$T_{\mathrm{ti}}=\left[\begin{array}{c}{T}_{t0}\\ T_{t1}\\ ...\\ T_{t(n-1)}\\ T_{\mathrm{tn}}\\ T_{t(n+1)}\\ T_{t(n+2)}\\ ...\\ T_{t(2n-1)}\\ T_{t2n}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccccc}{\mathrm{Rx}}_0& {\mathrm{Ry}}_0& {\mathrm{Rz}}_0& X_0& Y_0& Z_0\\ {\mathrm{Rx}}_0+\mathrm{\ΔRx}& {\mathrm{Ry}}_0& {\mathrm{Rz}}_0& X_{x1}& Y_{x1}& Z_{x1}\\ ...& ...& ...& ...& ...& ...\\ {\mathrm{Rx}}_0+(n-1)\mathrm{\ΔRx}& {\mathrm{Ry}}_0& {\mathrm{Rz}}_0& X_{x(n-1)}& Y_{x(n-1)}& Z_{x(n-1)}\\ {\mathrm{Rx}}_0+\mathrm{n\ΔRx}& {\mathrm{Ry}}_0& {\mathrm{Rz}}_0& X_{\mathrm{xn}}& Y_{\mathrm{xn}}& Z_{\mathrm{xn}}\\ {\mathrm{Rx}}_0& {\mathrm{Ry}}_0+\mathrm{\ΔRy}& {\mathrm{Rz}}_0& X_{y1}& Y_{y1}& Z_{y1}\\ {\mathrm{Rx}}_0& {\mathrm{Ry}}_0+2\mathrm{\ΔRy}& {\mathrm{Rz}}_0& X_{y2}& Y_{y2}& Z_{y2}\\ ...& ...& ...& ...& ...& ...\\ {\mathrm{Rx}}_0& {\mathrm{Ry}}_0+(n-1)\mathrm{\ΔRy}& {\mathrm{Rz}}_0& X_{y(n-1)}& Y_{y(n-1)}& Z_{x(n-1)}\\ {\mathrm{Rx}}_0& {\mathrm{Ry}}_0+\mathrm{nRy}& {\mathrm{Rz}}_0& X_{\mathrm{yn}}& Y_{\mathrm{yn}}& Z_{\mathrm{xn}}\end{array}\right],---\left(13\right)$

其中，ΔRx、ΔRy分别机器人绕着基坐标系的X轴、Y轴的第二距离和第三距离，(Rx₀+ΔRx,Ry₀,Rz₀,X₀,Y₀,Z₀)、(Rx₀,Ry₀+ΔRy,Rz₀,X₀,Y₀,Z₀)分别为机器人绕着基坐标系的X轴、Y轴转动时的机器人法兰盘坐标系的当前位姿，n为机器人数量。图11(a)和图11(b)分别为基于视觉的点激光传感器位置标定点设计结果。

标定点是在工具坐标系标定过程中，按一定的规则设计的机器人末端法兰盘的各个位姿点。针对点激光传感器工具坐标系的标定，当机器人运动到这些标定点时，通过单目视觉系统检测到的打到平面靶标上的激光点在图像坐标系下应始终为同一个点。为了实现工具坐标系的标定过程，本发明提供了测量机器人的工具坐标系标定方法。

本发明在通用工具坐标系标定算法的基础上，推导了点激光传感器坐标系位置和姿态标定算法并采用视觉系统控制的约束点自动实现了机器人点激光传感器坐标系工具坐标系的标定，分析了工具坐标系各分量标定误差对测量结果的影响，通过设置点激光传感器的工具坐标系的姿态标定点和位置标定点，为有效控制标定精度提供了依据，提高了标定的精度，并且适用于点激光这种非接触式工具坐标系的标定。

如图7所示，本发明还提出一种测量机器人的工具坐标系标定系统，包括：控制器1、机器人2、点激光传感器3、平面靶标4和单目视觉系统5。

具体地，点激光传感器3由机器人2所夹持。控制器1控制机器人2夹持点激光传感器3运动，点激光传感器3发射激光束投射到平面靶标4上形成光斑，光斑在单目视觉系统5的CCD图像传感器上成像。

图8为根据本发明实施例的测量机器人的工具坐标系标定系统的工作原理图。

当点激光传感器3发射的光束打到平面靶标4(图8中P)上后，会在平面靶标4上形成一个光斑M。同时，这个光斑会在单目视觉系统5(图8中的C)中的CCD图像传感器上成像m。

图9为根据本发明实施例的单目视觉系统的成像原理图。

令(O,X,Y,Z)为单目视觉系统坐标系，(o,x,y)为图像坐标系，则有：

$x=f\frac{X}{Z};y=f\frac{Y}{Z}---\left(14\right)$

其中，(x,y)是点m在图像坐标系下的图像坐标，(X,Y,Z)是点M在视觉系统坐标系下的坐标，f为视觉系统的焦距。则视觉系统模型可表示为：

$\left[\begin{array}{c}u\\ v\\ 1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}{\mathrm{\α}}_{x}f& 0& u_0\\ 0& {\mathrm{\α}}_{y}f& v_0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}X/Z\\ Y/Z\\ 1\end{array}\right]---\left(15\right)$

其中，(u,v)为点m在图像坐标系下的像素坐标，(u₀,v₀)为原点在图像坐标系下的像素坐标，(α_x,α_y)为像素坐标与图像坐标的比例系数。

平面靶标4放置于机器人2的工作空间内。控制机器人2到达某一位姿时，使得点激光传感器3激光束近似打到平面靶标的中心上且基本垂直于平面靶标。此时，机器人法兰盘坐标系的第一位姿为(Rx₀,Ry₀,Rz₀,X₀,Y₀,Z₀)，激光点在图像坐标系下的坐标为(U₀,V₀)。在本发明的实施例中，平面靶标4与机器人2的基坐标系的XOY坐标面大体平行。

平面靶标4在单目视觉系统5坐标系下的方程为：

aX+bY+cZ+d＝0，(16)

将式(16)代入式(15)，得到：

$\left\{\begin{array}{c}X=\frac{{-\mathrm{da}}_y(u-u_0)}{{\mathrm{aa}}_y(u-u_0)+{\mathrm{ba}}_x(v-v_0)+{\mathrm{ca}}_x{a}_{y}f}\\ Y=\frac{{-\mathrm{da}}_x(v-v_0)}{{\mathrm{aa}}_y(u-u_0)+{\mathrm{ba}}_x(v-v_0)+{\mathrm{ca}}_x{a}_{y}f}\\ Z=\frac{{-\mathrm{da}}_x{a}_{y}f}{{\mathrm{aa}}_y(u-u_0)+{\mathrm{ba}}_x(v-v_0)+{\mathrm{ca}}_x{a}_{y}f}\end{array}\right.,---\left(17\right)$

当点靶标系统结构确定后，(a_x,a_y,f,u₀,v₀,a,b,c,d)为已知量。由此只要使打在平面靶标4上的激光点在图像坐标系下的坐标(u,v)保持同一固定值，就能保证点激光传感器3的激光束始终打到空间的一个点上。基于这种原理可以设计基于视觉的点靶标系统，用这种系统可以很方便控制激光点在空间中的位置，从而为机器人点激光传感器工具坐标系的标定提供一个约束点。

在完成上述准备工作之后，控制器1设置点激光传感器3的工具坐标系的多个姿态标定点，包括如下步骤：

(1)控制器1控制机器人2沿着基坐标系的Z轴移动第一距离ΔZ。此时，机器人法兰盘坐标系的第二位姿为(Rx₀,Ry₀,Rz₀,X₀,Y₀,Z₀+ΔZ)，激光点在图像坐标系下的坐标将变为(U₁,V₁)。

(2)控制器1控制机器人2沿着基坐标系的X、Y轴移动，直至点激光传感器3投射到平面靶标4上的激光点在图像坐标系恢复至(U₀,V₀)。此时，机器人法兰盘坐标系的第三位姿为(Rx₀,Ry₀,Rz₀,X₁,Y₁,Z₀+ΔZ)。

(3)重复步骤(1)和(2)，控制器1获得n个机器人2的位姿点T_ri，将其设置为多个姿态标定点，1≤i≤n。

具体地，姿态标定点满足如下条件：当机器人运动到姿态标定点和位置标定点时，夹持的点激光传感器发射的激光束在平面靶标上形成的激光点为同一个点。

多个姿态标定点为： $T_{\mathrm{ri}}=\left[\begin{array}{c}{T}_{r0}\\ T_{r1}\\ ...\\ T_{r(n-2)}\\ T_{r(n-1)}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccccc}{\mathrm{Rx}}_0& {\mathrm{Ry}}_0& {\mathrm{Rz}}_0& X_0& Y_0& Z_0\\ {\mathrm{Rx}}_0& {\mathrm{Ry}}_0& {\mathrm{Rz}}_0& X_1& Y_1& Z_0+\mathrm{\ΔZ}\\ ...& ...& ...& ...& ...& ...\\ {\mathrm{Rx}}_0& {\mathrm{Ry}}_0& {\mathrm{Rz}}_0& X_{n-2}& Y_{n-2}& Z_0+(n-2)\mathrm{\ΔZ}\\ {\mathrm{Rx}}_0& {\mathrm{Ry}}_0& {\mathrm{Rz}}_0& X_{n-1}& Y_{n-1}& Z_0+(n-1)\mathrm{\ΔZ}\end{array}\right],$

其中，(Rx₀,Ry₀,Rz₀,X₀,Y₀,Z₀)为机器人法兰盘坐标系的当前位姿，ΔZ为机器人沿着基坐标系的Z轴移动的第一距离，n为机器人数量。

控制器1用于置点激光传感器3的工具坐标系的多个位置标定点，包括如下步骤：

(1)控制器1控制机器人2绕着基坐标系的X轴转动第二距离ΔRx。此时，机器人法兰盘坐标系的第四位姿为(Rx₀+ΔRx,Ry₀,Rz₀,X₀,Y₀,Z₀)，激光点在图像坐标系下的坐标将变为(U_x1,V_x1)。

(2)控制器1控制机器人2沿着基坐标系的X、Y和Z轴移动，直至点激光传感器3投射到平面靶标4上的激光点在图像坐标系恢复至(U₀,V₀)。此时，机器人法兰盘坐标系的第五位姿为(Rx₀+ΔRx,Ry₀,Rz₀,X_x1,Y_x1,Z_x1)。

(3)控制器1控制机器人2绕着基坐标系的Y轴转动第三距离ΔRy。此时，机器人法兰盘坐标系的第六位姿为(Rx₀,Ry₀+ΔRy,Rz₀,X₀,Y₀,Z₀)，激光点在图像坐标系下的坐标将变为(U_y1,V_y1)。

(4)控制器1控制机器人2沿着基坐标系的X、Y和Z轴移动，直至点激光传感器3投射到平面靶标4上的激光点恢复至(U₀,V₀)。此时，机器人法兰盘坐标系的第七位姿为(Rx₀,Ry₀+ΔRy,Rz₀,X_y1,Y_y1,Z_y1)。

(5)重复步骤(1)至步骤(4)，获得2n+1个机器人2的T_ti，将其设置为多个位置标定点，1≤i≤n。

具体地，位置标定点满足如下条件：当机器人运动到姿态标定点和位置标定点时，夹持的点激光传感器发射的激光束在平面靶标上形成的激光点为同一个点。

多个位置标定点为：

$T_{\mathrm{ti}}=\left[\begin{array}{c}{T}_{t0}\\ T_{t1}\\ ...\\ T_{t(n-1)}\\ T_{\mathrm{tn}}\\ T_{t(n+1)}\\ T_{t(n+2)}\\ ...\\ T_{t(2n-1)}\\ T_{t2n}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccccc}{\mathrm{Rx}}_0& {\mathrm{Ry}}_0& {\mathrm{Rz}}_0& X_0& Y_0& Z_0\\ {\mathrm{Rx}}_0+\mathrm{\ΔRx}& {\mathrm{Ry}}_0& {\mathrm{Rz}}_0& X_{x1}& Y_{x1}& Z_{x1}\\ ...& ...& ...& ...& ...& ...\\ {\mathrm{Rx}}_0+(n-1)\mathrm{\ΔRx}& {\mathrm{Ry}}_0& {\mathrm{Rz}}_0& X_{x(n-1)}& Y_{x(n-1)}& Z_{x(n-1)}\\ {\mathrm{Rx}}_0+\mathrm{n\ΔRx}& {\mathrm{Ry}}_0& {\mathrm{Rz}}_0& X_{\mathrm{xn}}& Y_{\mathrm{xn}}& Z_{\mathrm{xn}}\\ {\mathrm{Rx}}_0& {\mathrm{Ry}}_0+\mathrm{\ΔRy}& {\mathrm{Rz}}_0& X_{y1}& Y_{y1}& Z_{y1}\\ {\mathrm{Rx}}_0& {\mathrm{Ry}}_0+2\mathrm{\ΔRy}& {\mathrm{Rz}}_0& X_{y2}& Y_{y2}& Z_{y2}\\ ...& ...& ...& ...& ...& ...\\ {\mathrm{Rx}}_0& {\mathrm{Ry}}_0+(n-1)\mathrm{\ΔRy}& {\mathrm{Rz}}_0& X_{y(n-1)}& Y_{y(n-1)}& Z_{x(n-1)}\\ {\mathrm{Rx}}_0& {\mathrm{Ry}}_0+\mathrm{nRy}& {\mathrm{Rz}}_0& X_{\mathrm{yn}}& Y_{\mathrm{yn}}& Z_{\mathrm{xn}}\end{array}\right],$

其中，ΔRx、ΔRy分别机器人绕着基坐标系的X轴、Y轴的第二距离和第三距离，(Rx₀+ΔRx,Ry₀,Rz₀,X₀,Y₀,Z₀)、(Rx₀,Ry₀+ΔRy,Rz₀,X₀,Y₀,Z₀)分别为机器人绕着基坐标系的X轴、Y轴转动时的机器人法兰盘坐标系的当前位姿，n为机器人数量。

根据本发明实施例的测量机器人的工具坐标系标定系统，在通用工具坐标系标定算法的基础上，推导了点激光传感器坐标系位置和姿态标定算法并采用视觉系统控制的约束点自动实现了机器人点激光传感器坐标系工具坐标系的标定，分析了工具坐标系各分量标定误差对测量结果的影响，通过设置点激光传感器的工具坐标系的姿态标定点和位置标定点，为有效控制标定精度提供了依据，提高了标定的精度，并且适用于点激光这种非接触式工具坐标系的标定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求极其等同限定。

Claims (10)

1.一种测量机器人的工具坐标系标定方法，其特征在于，采用点约束方法标定出测量机器人的点激光传感器的工具坐标系，包括如下步骤：

步骤S1：设置点激光传感器的工具坐标系的多个姿态标定点，包括如下步骤：

步骤S11，将所述平面靶标放置于所述机器人的工作空间内，其中，所述机器人法兰盘坐标系的第一位姿为(Rx₀,Ry₀,Rz₀,X₀,Y₀,Z₀)，激光点在图像坐标系下的坐标为(U₀,V₀)；

步骤S12，控制所述机器人沿着基坐标系的Z轴移动第一距离ΔZ，其中，所述机器人法兰盘坐标系的第二位姿为(Rx₀,Ry₀,Rz₀,X₀,Y₀,Z₀+ΔZ)，激光点在图像坐标系下的坐标将变为(U₁,V₁)；

步骤S13，控制所述机器人沿着基坐标系的X、Y轴移动，直至所述点激光传感器投射到所述平面靶标上的激光点在图像坐标系恢复至步骤S11中的(U₀,V₀)，其中，所述机器人法兰盘坐标系的第三位姿为(Rx₀,Ry₀,Rz₀,X₁,Y₁,Z₀+ΔZ)；

步骤S14，重复步骤S12和S13，获得n个机器人的位姿点T_ri，将其设置为多个姿态标定点，1≤i≤n；

步骤S2：设置点激光传感器的工具坐标系的多个位置标定点，包括如下步骤：

步骤S21，将所述平面靶标放置于所述机器人的工作空间内，其中，所述机器人法兰盘坐标系的第一位姿为(Rx₀,Ry₀,Rz₀,X₀,Y₀,Z₀)，激光点在图像坐标系下的坐标为(U₀,V₀)；

步骤22，控制所述机器人绕着基坐标系的X轴转动第二距离ΔRx，其中，机器人法兰盘坐标系的第四位姿为(Rx₀+ΔRx,Ry₀,Rz₀,X₀,Y₀,Z₀)，激光点在图像坐标系下的坐标将变为(U_x1,V_x1)；

步骤S23，控制所述机器人沿着基坐标系的X、Y和Z轴移动，直至所述点激光传感器投射到所述平面靶标上的激光点在图像坐标系恢复至步骤S21中的(U₀,V₀)，其中，机器人法兰盘坐标系的第五位姿为(Rx₀+ΔRx,Ry₀,Rz₀,X_x1,Y_x1,Z_x1)；

步骤S24，控制所述机器人绕着基坐标系的Y轴转动第三距离ΔRy，其中，机器人法兰盘坐标系的第六位姿为(Rx₀,Ry₀+ΔRy,Rz₀,X₀,Y₀,Z₀)，激光点在图像坐标系下的坐标将变为(U_y1,V_y1)；

步骤S25，控制所述机器人沿着基坐标系的X、Y和Z轴移动，直至所述点激光传感器投射到所述平面靶标上的激光点恢复至步骤S21中的(U₀,V₀)，其中，机器人法兰盘坐标系的第七位姿为(Rx₀,Ry₀+ΔRy,Rz₀,X_y1,Y_y1,Z_y1)；

步骤S26，重复步骤S22至步骤S25，获得2n+1个所述机器人的T_ti，将其设置为多个位置标定点，1≤i≤n。

2.如权利要求1所述的测量机器人的工具坐标系标定方法，其特征在于，在所述步骤S11和S21中，所述平面靶标与所述机器人的基坐标系的XOY坐标面大体平行。

3.如权利要求1所述的测量机器人的工具坐标系标定方法，其特征在于，所述步骤S14中得到多个姿态标定点和所述步骤S26中得到的多个位置标定点满足如下条件：当机器人运动到所述姿态标定点和位置标定点时，夹持的点激光传感器发射的激光束在平面靶标上形成的激光点为同一个点。

4.如权利要求1或3所述的测量机器人的工具坐标系标定方法，其特征在于，所述多个姿态标定点为： $T_{\mathrm{ri}}=\left[\begin{array}{c}{T}_{r0}\\ T_{r1}\\ ...\\ T_{r(n-2)}\\ T_{r(n-1)}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccccc}{\mathrm{Rx}}_0& {\mathrm{Ry}}_0& {\mathrm{Rz}}_0& X_0& Y_0& Z_0\\ {\mathrm{Rx}}_0& {\mathrm{Ry}}_0& {\mathrm{Rz}}_0& X_1& Y_1& Z_0+\mathrm{\ΔZ}\\ ...& ...& ...& ...& ...& ...\\ {\mathrm{Rx}}_0& {\mathrm{Ry}}_0& {\mathrm{Rz}}_0& X_{n-2}& Y_{n-2}& Z_0+(n-2)\mathrm{\ΔZ}\\ {\mathrm{Rx}}_0& {\mathrm{Ry}}_0& {\mathrm{Rz}}_0& X_{n-1}& Y_{n-1}& Z_0+(n-1)\mathrm{\ΔZ}\end{array}\right],$

其中，(Rx₀,Ry₀,Rz₀,X₀,Y₀,Z₀)为机器人法兰盘坐标系的当前位姿，ΔZ为机器人沿着基坐标系的Z轴移动的第一距离，n为机器人数量。

5.如权利要求1或3所述的测量机器人的工具坐标系标定方法，其特征在于，所述多个位置标定点为：

$T_{\mathrm{ti}}=\left[\begin{array}{c}{T}_{t0}\\ T_{t1}\\ ...\\ T_{t(n-1)}\\ T_{\mathrm{tn}}\\ T_{t(n+1)}\\ T_{t(n+2)}\\ ...\\ T_{t(2n-1)}\\ T_{t2n}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccccc}{\mathrm{Rx}}_0& {\mathrm{Ry}}_0& {\mathrm{Rz}}_0& X_0& Y_0& Z_0\\ {\mathrm{Rx}}_0+\mathrm{\ΔRx}& {\mathrm{Ry}}_0& {\mathrm{Rz}}_0& X_{x1}& Y_{x1}& Z_{x1}\\ ...& ...& ...& ...& ...& ...\\ {\mathrm{Rx}}_0+(n-1)\mathrm{\ΔRx}& {\mathrm{Ry}}_0& {\mathrm{Rz}}_0& X_{x(n-1)}& Y_{x(n-1)}& Z_{x(n-1)}\\ {\mathrm{Rx}}_0+\mathrm{n\ΔRx}& {\mathrm{Ry}}_0& {\mathrm{Rz}}_0& X_{\mathrm{xn}}& Y_{\mathrm{xn}}& Z_{\mathrm{xn}}\\ {\mathrm{Rx}}_0& {\mathrm{Ry}}_0+\mathrm{\ΔRy}& {\mathrm{Rz}}_0& X_{y1}& Y_{y1}& Z_{y1}\\ {\mathrm{Rx}}_0& R{y}_0+2\mathrm{\ΔRy}& {\mathrm{Rz}}_0& X_{y2}& Y_{y2}& Z_{y2}\\ ...& ...& ...& ...& ...& ...\\ {\mathrm{Rx}}_0& {\mathrm{Ry}}_0+(n-1)\mathrm{\ΔRy}& {\mathrm{Rz}}_0& X_{y(n-1)}& Y_{y(n-1)}& Z_{x(n-1)}\\ {\mathrm{Rx}}_0& {\mathrm{Ry}}_0+\mathrm{nRy}& {\mathrm{Rz}}_0& X_{\mathrm{yn}}& Y_{\mathrm{yn}}& Z_{\mathrm{xn}}\end{array}\right],$

其中，ΔRx、ΔRy分别机器人绕着基坐标系的X轴、Y轴的第二距离和第三距离，(Rx₀+ΔRx,Ry₀,Rz₀,X₀,Y₀,Z₀)、(Rx₀,Ry₀+ΔRy,Rz₀,X₀,Y₀,Z₀)分别为机器人绕着基坐标系的X轴、Y轴转动时的机器人法兰盘坐标系的当前位姿，n为机器人数量。

6.一种测量机器人的工具坐标系标定系统，其特征在于，包括：控制器、机器人、点激光传感器、平面靶标和单目视觉系统，其中，所述点激光传感器由所述机器人所夹持，所述控制器控制所述机器人夹持所述点激光传感器运动，所述点激光传感器发射激光束投射到所述平面靶标上形成光斑，所述光斑在所述单目视觉系统的CCD图像传感器上成像，

所述平面靶标放置于所述机器人的工作空间内，所述机器人法兰盘坐标系的第一位姿为(Rx₀,Ry₀,Rz₀,X₀,Y₀,Z₀)，激光点在图像坐标系下的坐标为(U₀,V₀)；

所述控制器用于设置点激光传感器的工具坐标系的多个姿态标定点，包括如下步骤：

(1)所述控制器控制所述机器人沿着基坐标系的Z轴移动第一距离ΔZ，其中，所述机器人法兰盘坐标系的第二位姿为(Rx₀,Ry₀,Rz₀,X₀,Y₀,Z₀+ΔZ)，激光点在图像坐标系下的坐标将变为(U₁,V₁)；

(2)所述控制器控制所述机器人沿着基坐标系的X、Y轴移动，直至所述点激光传感器投射到所述平面靶标上的激光点在图像坐标系恢复至(U₀,V₀)，其中，所述机器人法兰盘坐标系的第三位姿为(Rx₀,Ry₀,Rz₀,X₁,Y₁,Z₀+ΔZ)；

(3)重复步骤(1)和(2)，所述控制器获得n个机器人的位姿点T_ri，将其设置为多个姿态标定点，1≤i≤n；

所述控制器用于置点激光传感器的工具坐标系的多个位置标定点，包括如下步骤：

(1)所述控制器控制所述机器人绕着基坐标系的X轴转动第二距离ΔRx，其中，机器人法兰盘坐标系的第四位姿为(Rx₀+ΔRx,Ry₀,Rz₀,X₀,Y₀,Z₀)，激光点在图像坐标系下的坐标将变为(U_x1,V_x1)；

(2)所述控制器控制所述机器人沿着基坐标系的X、Y和Z轴移动，直至所述点激光传感器投射到所述平面靶标上的激光点在图像坐标系恢复至(U₀,V₀)，其中，机器人法兰盘坐标系的第五位姿为(Rx₀+ΔRx,Ry₀,Rz₀,X_x1,Y_x1,Z_x1)；

(3)所述控制器控制所述机器人绕着基坐标系的Y轴转动第三距离ΔRy，其中，机器人法兰盘坐标系的第六位姿为(Rx₀,Ry₀+ΔRy,Rz₀,X₀,Y₀,Z₀)，激光点在图像坐标系下的坐标将变为(U_y1,V_y1)；

(4)所述控制器控制所述机器人沿着基坐标系的X、Y和Z轴移动，直至所述点激光传感器投射到所述平面靶标上的激光点恢复至(U₀,V₀)，其中，机器人法兰盘坐标系的第七位姿为(Rx₀,Ry₀+ΔRy,Rz₀,X_y1,Y_y1,Z_y1)；

(5)重复步骤(1)至步骤(4)，获得2n+1个所述机器人的T_ti，将其设置为多个位置标定点，1≤i≤n。

7.如权利要求6所述的测量机器人的工具坐标系标定系统，其特征在于，所述平面靶标与所述机器人的基坐标系的XOY坐标面大体平行。

8.如权利要求6所述的测量机器人的工具坐标系标定系统，其特征在于，所述姿态标定点和所述位置标定点满足如下条件：当所述机器人运动到所述姿态标定点和位置标定点时，夹持的点激光传感器发射的激光束在平面靶标上形成的激光点为同一个点。

9.如权利要求6或8所述的测量机器人的工具坐标系标定系统，其特征在于，所述多个姿态标定点为： $T_{\mathrm{ri}}=\left[\begin{array}{c}{T}_{r0}\\ T_{r1}\\ ...\\ T_{r(n-2)}\\ T_{r(n-1)}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccccc}{\mathrm{Rx}}_0& {\mathrm{Ry}}_0& {\mathrm{Rz}}_0& X_0& Y_0& Z_0\\ {\mathrm{Rx}}_0& {\mathrm{Ry}}_0& {\mathrm{Rz}}_0& X_1& Y_1& Z_0+\mathrm{\ΔZ}\\ ...& ...& ...& ...& ...& ...\\ {\mathrm{Rx}}_0& {\mathrm{Ry}}_0& {\mathrm{Rz}}_0& X_{n-2}& Y_{n-2}& Z_0+(n-2)\mathrm{\ΔZ}\\ {\mathrm{Rx}}_0& {\mathrm{Ry}}_0& {\mathrm{Rz}}_0& X_{n-1}& Y_{n-1}& Z_0+(n-1)\mathrm{\ΔZ}\end{array}\right],$

其中，(Rx₀,Ry₀,Rz₀,X₀,Y₀,Z₀)为机器人法兰盘坐标系的当前位姿，ΔZ为机器人沿着基坐标系的Z轴移动的第一距离，n为机器人数量。

10.如权利要求6或8所述的测量机器人的工具坐标系标定系统，其特征在于，所述多个位置标定点为：

$T_{\mathrm{ti}}=\left[\begin{array}{c}{T}_{t0}\\ T_{t1}\\ ...\\ T_{t(n-1)}\\ T_{\mathrm{tn}}\\ T_{t(n+1)}\\ T_{t(n+2)}\\ ...\\ T_{t(2n-1)}\\ T_{t2n}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccccc}{\mathrm{Rx}}_0& {\mathrm{Ry}}_0& {\mathrm{Rz}}_0& X_0& Y_0& Z_0\\ {\mathrm{Rx}}_0+\mathrm{\ΔRx}& {\mathrm{Ry}}_0& {\mathrm{Rz}}_0& X_{x1}& Y_{x1}& Z_{x1}\\ ...& ...& ...& ...& ...& ...\\ {\mathrm{Rx}}_0+(n-1)\mathrm{\ΔRx}& {\mathrm{Ry}}_0& {\mathrm{Rz}}_0& X_{x(n-1)}& Y_{x(n-1)}& Z_{x(n-1)}\\ {\mathrm{Rx}}_0+\mathrm{n\ΔRx}& {\mathrm{Ry}}_0& {\mathrm{Rz}}_0& X_{\mathrm{xn}}& Y_{\mathrm{xn}}& Z_{\mathrm{xn}}\\ {\mathrm{Rx}}_0& {\mathrm{Ry}}_0+\mathrm{\ΔRy}& {\mathrm{Rz}}_0& X_{y1}& Y_{y1}& Z_{y1}\\ {\mathrm{Rx}}_0& R{y}_0+2\mathrm{\ΔRy}& {\mathrm{Rz}}_0& X_{y2}& Y_{y2}& Z_{y2}\\ ...& ...& ...& ...& ...& ...\\ {\mathrm{Rx}}_0& {\mathrm{Ry}}_0+(n-1)\mathrm{\ΔRy}& {\mathrm{Rz}}_0& X_{y(n-1)}& Y_{y(n-1)}& Z_{x(n-1)}\\ {\mathrm{Rx}}_0& {\mathrm{Ry}}_0+\mathrm{nRy}& {\mathrm{Rz}}_0& X_{\mathrm{yn}}& Y_{\mathrm{yn}}& Z_{\mathrm{xn}}\end{array}\right],$

其中，ΔRx、ΔRy分别机器人绕着基坐标系的X轴、Y轴的第二距离和第三距离，(Rx₀+ΔRx,Ry₀,Rz₀,X₀,Y₀,Z₀)、(Rx₀,Ry₀+ΔRy,Rz₀,X₀,Y₀,Z₀)分别为机器人绕着基坐标系的X轴、Y轴转动时的机器人法兰盘坐标系的当前位姿，n为机器人数量。